Прочность некоторых строительных материалов

Материал	Предел прочности, МПа, при
сжатии	изгибе	растяжении
Гранит	150...250	—	3...5
Тяжелый бетон	10...50	2...8	1...4
Керамический кирпич	7,5...30,0	1,8...4,4	—
Сталь	210...600	—	380...900
Древесина (вдоль волокон)	30...65	70...120	55...150
Стеклопластик	90...150	130...250	60...120

 

Прочность материалов зависит от структуры, пористости, влаж­ности, дефектов строения, длительности и характера приложения нагрузки, среды, температуры, состояния поверхности и других фак­торов.

Твердость — способность материала сопротивляться проникно­вению в него другого, более твердого тела.

Твердость определяется структурой материала. Количественно показатель твердости (число твердости НВ) оценивают различными способами. Твердость древеси­ны, металлов, бетона, пластмасс и некоторых других материалов оп­ределяют, вдавливая в них стальной шарик (метод Бринелля) или твердый наконечник (в виде конуса или пирамиды). В этом случае твердость материала характеризует его способность сопротивляться пластической деформации на поверхности образца. При вдавливании шарика определенного диаметра из закаленной хромистой стали на поверхности материала образуется сферический отпечаток.

Число твердости определяют по формуле

НВ = F/A

где F — нагрузка на шарик, Н; А — площадь поверхности отпечатка, мм².

Твердость каменных строительных материалов, природных камней и минералов оценивают шкалой твердости Мооса (включает минералы в порядке возрастающей твердости от 1 до 10), представ­ленной десятью минералами, из которых каждый последующий своим острым концом царапает все предыдущие (табл. 1.3).

Таблица 1.3

Шкала твердости минералов

Показатель твердости	Минерал	Характеристика твердости
	Тальк или мел	Легко чертится ногтем
	Каменная соль или гипс	Чертится ногтем
	Кальцит или ангидрит	Легко чертится стальным ножом
	Плавиковый шпат	Чертится стальным ножом под небольшим нажимом
	Апатит	Чертится стальным ножом под боль­шим нажимом, стекло не чертит
	Ортоклаз	Слегка царапает стекло, стальным ножом не чертится
	Кварц	Легко чертят стекло, стальным ножом не чертятся
	Топаз
	Корунд
	Алмаз

 

Например, если испытуемый материал чертится кварцем, а сам не чертит ортоклаз, то его твердость принимают равной 6,5.

Твердость влияет на обрабатываемость материала. Высокая прочность материала не всегда свидетельствует о его высокой твердо­сти. Например, древесина по прочности при сжатии равна бетону, а по прочности при изгибе превосходит его, однако твердость древесины значительно меньше, чем у бетона.

Характеристика твердости имеет значение при выборе мате­риалов для покрытия полов, лестниц, дорожных покрытий, при опре­делении способа механической обработки лицевой поверхности мате­риалов.

Истираемость — свойство материалов уменьшаться в объеме и массе под действием истирающих усилий. Сопротивление истиранию определяют для материалов, которые в процессе эксплуатации под­вергаются истирающему воздействию. Это важное свойство для полов, лестничных ступеней, дорожных покрытий.

Истираемость И вычисляют по формуле:

И = (m - m₁)/ А,

где m, /m₁ — масса образца соответственно до и после испытания, г;

А — площадь истираемой поверхности, см².

Средние значения истираемости некоторых материалов, г/см²:

гранат 0,03...0,07

поливинилхлоридный линолеум 0.02..0,04

керамическая плитка для полов 0,08

шлакоситалл 0,01...0,03

известняк 0,3...0,8

Упругостью называют способность материала восстанавливать первоначальную форму и размеры после снятия нагрузки, которая вызвала эти изменения. Наибольшее напряжение, до которого в ма­териале возникают только упругие деформации, называют пределом упругости. Упругими являются резина, герметизирующие прокладки, ла­кокрасочные пленки, сталь, древесина и другие материалы.

Пластичность — свойство твердого материала изменять без раз­рушения форму и размеры под действием нагрузки и сохранять их по­сле ее снятия. Пластичными являются глиняное тесто, бетонные и растворные смеси, битум при положительных температурах, свинец и др.

Пластичность глиняного теста используется при изготовлении керамических изделий. Пластичность растворной смеси позволяет ей легко растекаться по поверхности камня тонким слоем и заполнять все неровности основания. Практически у всех материалов пластич­ность увеличивается с повышением температуры, влажности и скоро­сти нарастания действующей нагрузки. Например глина, хрупкая в сухом состоянии, становится пластичной во влажном.

Многие полимерные материалы под действием небольших на­грузок при эксплуатации со временем способны изменять свою форму. Это свойство называют ползучестью. Ползучесть также характерна для грунтов, металлов, бетона, которые способны медленно и непрерывно пластически деформироваться под действием постоянной нагрузки.

Хрупкость — свойство твердого материала внезапно разру­шаться под действием внешних сил без предварительной остаточной деформации. Хрупкие материалы в отличие от пластичных не фор­муются, им нельзя придать желаемую форму, так как при ударной нагрузке, резком сжатии такой материал быстро разрушается, рассы­пается на осколки, дробится на части.

Хрупкость присуща не только кристаллическим, стеклообраз­ным, но и полимерным материалам. Большинство материалов при понижении температуры становятся хрупкими (битумы, некоторые пластмассы, металлы).

Износ — разрушение материала при совместном действии ис­тирания и удара. Износ материала зависит от его структуры, состава, твердости, прочности, истираемости. Прочность при износе оценива­ется потерей в массе, выраженной в процентах. Износ важен для материалов полов, ступеней лестниц, дорожных покрытий, лакокрасоч­ных пленок.

ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

Химические свойства

Строительных материалов

 

 

 

Химические свойства характеризуют способность материалов противостоять разрушающему действию солей, кислот, щелочей, ма­сел, нефтепродуктов, с которыми в процессе эксплуатации они могут находиться в соприкосновении. Основными химическими свойствами являются химическая, коррозионная и биологическая стойкость, адгезионная способность, экологическая чистота.

Химическая стойкость — способность материалов сопротив­ляться разрушительному влиянию щелочей, кислот, растворенных в воде солей и газов.

Материалы в строительных конструкциях очень часто испыты­вают воздействие агрессивных жидкостей и газов. Например, сточные жидкости, проходящие по канализационным системам, могут содер­жать свободные кислоты и щелочи, разрушающие поверхность желе­зобетонных и металлических труб. Большинство строительных мате­риалов не обладает стойкостью к действию кислот и щелочей. Например, известняки, мраморы, доломиты относительно быстро разрушаются под действием кислот, почти все цементы плохо противо­стоят действию кислот, битумы могут разрушаться под действием концентрированных растворов щелочей.

Высокой сопротивляемостью действию щелочей и кислот отли­чаются керамические материалы с плотным черепком — облицовоч­ные плитки, плитки для полов, канализационные трубы, стекло. Стойкими к воздействию кислот и растворов солей являются пласт­массы на основе полиэтилена, полистирола, поливинилхлорида. Вы­сокой кислотостойкостью отличаются углеродистые стали, чугуны, гранит, каменное литье из базальта, шлакоситаллы. К щелочестойким материалам относятся хромоникелевые стали, латуни (нике­левые), бетоны на глиноземистом цементе.

Коррозионная стойкость — свойство материала сопротивлять­ся коррозии, т.е. разрушению, вызванному действием внешней агрес­сивной среды.

Коррозия (от лат. соггоdо — разъедаю) бывает химической и электрохимической. Благоприятной средой для развития химической коррозии является вода как пресная, так и морская. Электрохимиче­ская коррозия образуется в результате воздействия растворителей, кислот, щелочей. Коррозии подвергаются металлы, бетон, горные по­роды. Коррозия горных пород и каменных материалов — это их рас­творение под влиянием химического воздействия воды. Коррозия бе­тона — это разрушение цементного камня от действия пресных, минерализованных вод.

Материалы, отличающиеся коррозионной стойкостью в различ­ных агрессивных средах, называют коррозионно-стойкими. К ним от­носятся керамические материалы с плотным черепком, стекло, асбе­сты, легированные стали, сплавы титана и алюминия, многие пластмассы и др.

Биологическая стойкость — способность материалов сопротив­ляться влиянию процессов жизнедеятельности бактерий и других живых организмов (биологической коррозии).

Большинство строительных материалов практически биостой­кие — металлы и их сплавы, каменные и другие неорганические ма­териалы, пластмассы. Материалы органической) происхождения — древесина, войлок, некоторые пластмассы и др. имеют низкую биоло­гическую стойкость, так как само вещество материала служит пита­тельной средой для образования гнили, червоточины, разложения вещества материала.

К химическим свойствам материалов относят адгезионную спо­собность. Адгезия (от лат. аdhaesio — прилипание) — сцепление и связь между находящимися в контакте поверхностями разнообразных по составу твердых или жидких материалов.

Адгезионная способность проявляется в сопротивлении отрыву или разделению контактирующих материалов. Количественной оцен­кой адгезии является усилие отрыва, отнесенное к единице площади контакта.

Высокой адгезионной способностью обладают битумные и дегте­вые, магнезиальные и другие вяжущие. Это свойство используется при изготовлении кровельных, гидроизоляционных материалов, фиб­ролита, ксилолита (материала для полов); оно имеет большое значе­ние при склеивании, сварке, нанесении защитно-декоративных по­крытий (лакокрасочных, эмалевых и др.).

В связи с широким внедрением в строительную практику синте­тических полимерных материалов важной характеристикой качества строительных материалов является их экологическая чистота (экологичность).

Под экологической чистотой следует понимать отсутствие ток­сичности, вредного биологического действия на людей.

 

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

Технологическими называют свойства материала воспринимать определенные технологические операции с целью изменения формы, размеров, характера поверхности.

Технологические свойства позволяют перерабатывать сырье и получать доброкачественную продукцию из исходных материалов при принятой технологии с использованием технологического обору­дования.

Одним из основных технологических свойств бетонной и рас­творной смеси является удобоукладываемость.

Удобоукладываемость бетонной смеси характеризует ее способ­ность заполнять форму и уплотняться при помощи вибрации. Удобо­укладываемость растворной смеси характеризует ее способность ук­ладываться тонким слоем на пористое основание и заполнять все его неровности.

Технологические свойства древесины характеризуются легко­стью обработки: ее можно пилить, строгать, сверлить, забивать гвоз­ди, склеивать и т.д. Благодаря высокой технологичности полимерных материалов формообразование пластмасс осуществляется разнооб­разными способами: экструзией, литьем под давлением, каландриро-ванием и вальцеванием, прессованием. Широкую номенклатуру ме­таллических изделий получают различными способами: прокаткой, волочением, прессованием и т.д., что объясняется высокими пласти­ческими свойствами и пластичностью материалов.

 

Контрольные вопросы и задания:

1. Перечислите факторы, влияющие на основные свойства, строительных материалов.

2. Чем отличается сред­няя плотность от истинной?

3. От чего зависят водопоглощение, водо­проницаемость и теплопроводность материала?

4. Как определяют морозостойкость материала, что она характеризует?

5. Что такое огнестойкость и огнеупорность?

6. Как определяют марку прочности материала?

7. Приведите примеры упругих, пластичных и хрупких строительных материалов.

8. Что такое твердость и каковы методы ее определе­ния?

9. Назовите химические свойства строительных материалов.

10. Укажите причины биологической коррозии.

11. Объясните поня­тие «экологическая чистота».